小波勒山地区1∶5万地球化学数据处理与异常评价

王小敏, 张晓军, 华 杉, 张翰夫, 罗 华

(1.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉 430074;

2.国土资源部资源定量评价与信息工程重点实验室,武汉 430074)

小波勒山地区1∶5万地球化学数据处理与异常评价

王小敏1,2, 张晓军1, 华 杉1, 张翰夫1, 罗 华1

(1.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉 430074;

2.国土资源部资源定量评价与信息工程重点实验室,武汉 430074)

以小波勒山地区1∶5万水系沉积物数据为对象,利用相关分析和R型聚类分析确定研究区成矿元素组合为Pb-Ag-Zn-Cu-Bi(铅多金属成矿组合)和Mo-W-Sn(钼多金属成矿组合),以线性方法构置组合变量F1(Pb-Ag-Zn-Cu-Bi)、F2(Mo-W-Sn),组合变量中的各元素权重根据该元素对主成矿元素的相关性强度来确定;运用趋势面分析方法圈定研究区两个组合变量的异常图。结果显示,根据组合变量所圈定的综合异常与研究区已知矿化地段重合性很强。结合成矿地质条件对所圈定异常进行评价,确定出具Ⅰ级找矿潜力异常区3个,Ⅱ级、Ⅲ级找矿潜力异常区各2个,为研究区下一步找矿方向的确定提供了科学的依据。

地球化学异常评价 趋势面 组合变量 小波勒山地区

Wang Xiao-m in,Zhang Xiao-jun,Hua Shan,Zhang Han-fu,Luo Hua.Geochem ical data(1/ 50000)processing and anomaly evaluation for the Small PolM ounta in region[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0681-0686.

我国的区域化探工作始于1954年,随着不同比例尺区域化探数据大量的积累,相应不同的地球化学数据处理方法应运而生(吴锡生等,1994;赵元艺等,1995;陈明等,1999;王瑞廷等,2005;李文昌等, 2006;陈志军等,2009)。对于以找矿为目的的区域地球化学数据处理来说,其工作的核心是发现异常并对其进行筛选和评价,如何合理区分背景与异常则成为其关键。传统方法是建立在对数据进行概率分布研究的基础上,求出服从正态分布的母体为背景(韩东昱等,2004;蒋敬业等,2006;杨大欢等, 2009),由背景母体的均值加上K倍标准方差来确定异常下限。这种方法忽略了由于区域因素的影响而使工作区背景值呈现一定规律变化的事实,常常会造成可能是矿致异常的弱小异常被掩盖而造成信息损失(史长义,1999;朱华平,2003)。趋势面分析方法则充分考虑到这种区域背景的规律性变化。该方法把地壳中元素的含量值分成反映规律性变化的区域背景部分,反映局部性变化的局部异常和偶然变化三部分(赵鹏大,2004;王晓燕等,2007;李随民等,2007),并根据元素含量的空间分布特征,求出趋势值,拟合趋势面,用趋势面作为区域背景来表现元素含量的区域规律性变化(图1),从而避免统一背景值所圈异常造成的信息损失。

本文选取小波勒山地区1∶5万水系沉积物数据,根据聚类分析和元素相关系数矩阵求出成矿元素组合,利用趋势面分析确定区域组合异常背景场,并进行组合异常圈定。最后结合区域成矿地质条件,评价异常区找矿潜力,为确定研究区下一步找矿工作方向提供科学依据。

1 研究区概论

研究区大地构造位置位于萨彦-额尔古纳地槽褶皱区、天山-兴安地槽褶皱区及上黑龙江冒地槽褶皱带的结合部位,属大兴安岭Mo、Pb等多金属成矿带有利成矿部位,总体地质工作程度不高。

区内出露地层主要为新元古代-下寒武世倭勒根岩群大网子组变质岩,晚侏罗世塔木兰沟组、白垩纪光华组和甘河组火山岩。岩浆岩分布广泛,其中火山岩占研究区总面积的43.7%左右,主要分布在研究区西部和东南部地区,为晚侏罗世安山岩及早白垩世火山熔岩和火山碎屑岩;侵入岩占研究区总面积的41.16%左右,主要分布在研究区中东部和西南部地区,为晚三叠世中粗粒二长花岗岩,晚侏罗世中粒花岗闪长岩、粗中粒正长花岗岩,早白垩世中细粒、细粒二长花岗岩,以及燕山晚期侵入的浅成花岗斑岩。

图1 不同方法划分异常的对比示意图(据蒋敬业等,2006改编)Fig.1 Comparison of anomaly division in using differentmethods(M odified from Jianget al.,2006)

区内构造以线性断裂构造为主。主要有北东(NE)向、北北东(NNE)向、东西(EW)向和南北(SN)向几组断裂以及一些规模相对较小的上述主干构造的配套断裂。褶皱构造不发育(图2)。

图2 研究区地质简图Fig.2 S implified geologicalmap of the study area

研究区总面积约640km2,共采集水系沉积物样品2635件,采样点都分布于一级或二级水系的上游河段上,少数分布在三级水系中,控制了区内1级、2级水系95%以上的汇水盆地,样品以淤泥、粉沙为主,平均采样密度4个/km2,样品分析测试严格按照DZ/T0011-91DZ0130-2006规范中有关1∶5万地球化学普查样品分析方法与质量监控要求执行。

2 数据预处理及异常下限的确定方法

2.1 数据预处理

化探数据中个别特高值会严重影响趋势面的形态,使生成的趋势面不能客观地代表背景,从而影响异常的凸现(李方林等,1999)。因此,在利用数据进行趋势面的拟合之前必须对数据进行预处理,去掉特高值部分。本文采用低值累积概率为95%处的分位值作为特高值的下限值,特高值部分全由下限值代替。用经过预处理以后的元素含量数据拟合趋势面。

2.2 异常下限的确定

趋势面分析方法认为化探数据包含着与空间地理坐标(x,y)相关的3部分信息:一是反映总体规律性变化的部分,由区域构造、区域岩相、区域成矿规律因素等大区域因素所决定;二是反映局部性变化的局部异常,由局部性因素决定;最后一部分反映随机性变化,它是由各种随机因素造成的剩余。这就将化探值分解为3部分(图1):

其中:Zi为观测值,Ti为反映总体规律性变化的趋势值(即区域背景),Ni为局部异常值,ei为随机分量。

剩余值(即残差)是某一位置上原始观测值与经过该点的趋势值之差,如剩余值为正,说明剩余值为高于趋势的部分;如剩余值为负,说明剩余值为低于趋势的部分。正残差下限L(+)和负残差上限L(-)分别采用正残差平均值和负残差的平均值代替(赵鹏大,2004)。各观察点的残差与L相比,若正残差小于L(+)或者负残差值大于L(-),认为残差部分主要是随机误差引起;若正残差大于L (+)或者负残差值小于L(-)认为残差部分主要是局部性变化引起(王晓燕等,2007)。在地质找矿中,高于趋势部分的剩余意义较大,为元素富集区域,实际工作中常用正剩余值圈定异常。故异常下

限的确定采用正剩余平均值来代替,如公式(1)所示:

3 成矿元素组合及综合异常圈定

对研究区内12种元素含量数据进行R型聚类分析,可将区内元素分成四大类(图3)。第一类为Ag-Pb-Zn-Cu-Bi元素组合,代表研究区与火山热液成矿作用有关的Pb-Zn元素组合,所构成的异常可以作为区内直接找矿标志;第二类是W-Sn -Mo元素组合,代表与酸性侵入岩及云英岩化蚀变有关的高温元素组合,其中W-Mo地球化学异常可以作为直接找矿标志;第三类是As-Sb组合,反应了区内低温元素组合;第四类是U和Au的单元素分布特征,找矿指示意义不大。

图3 元素R型聚类关系图Fig.3 R-type cluster diagram of elements

为了排除与成矿作用关系不大的元素对异常预测有效性的干扰,在求取综合变量时,选取第一类元素组合Ag-Pb-Zn-Cu-Bi(F1)和第二类元素组合W-Sn-Mo(F2)分别进行成矿元素组合变量的构置。组合变量构置的方式采用线性组合方法。据研究区成矿特征分析,该区主要成矿元素为Pb、Zn、Mo多金属元素,各元素在组合变量中的权重可以根据其对主成矿元素的相关性强度(表1)来确定。本次研究中所确定的两个综合变量F1、F2的组合元素线性表达分别为下式:余。

表1 元素相关系数矩阵Table1 Correlation coefficientmatrix of elements

根据公式(2)、(3)求出F1、F2综合变量得分,然后利用Surfer8.0软件进行异常圈定,F1、F2综合变量的异常下限分别确定为0.18和0.21,最后圈出F1综合异常11个(图4),F2综合异常9个(图5)。

4 综合异常评价

F1变量中的1、2、3号异常和F2变量中的1、2、3号异常空间位置一致,规模相当,异常形状相似,呈NE向展布。异常存在区处在NE、NW向线形断裂叠加并与环形构造交汇部位,是矿液运移和沉淀的有利位置。异常区内出露晚三叠世中、细粒二长花岗岩,另外还有与成矿关系最为密切的燕山晚期花岗斑岩体侵入。硅化、绢云母化蚀变强烈,黄铁矿化发育。已见钼铅锌铁多金属矿化,并圈出矿化体4个。

预测该地段具有寻找中-大型铅锌钼多金属矿产的远景,定为Ⅰ级异常区。

F1变量中的4、5号异常和F2变量中的4号异常空间位置大致相同,浓集中心分别都处在区内构造破碎带中。异常值较高,且具有较大规模。区内线环构造发育。黄铁矿化和硅化、绢云母化蚀变发育。有大量早白垩世浅成斑岩体产出。探槽工程揭露已见浸染状辉钼矿化。

图4 F1(Ag-Bi-Cu-Pb-Zn)综合异常图Fig.4 I ntegrative anomaly map of F1(Ag-Bi-Cu-Pb-Zn)

图5 F2(W-M o-Sn)综合异常图Fig.5 I ntegrative anomaly map of F2(W-M o-Sn)

预测具备形成高中温钼钨铅锌矿化的远景,定为Ⅰ级异常区。

F1变量中的6号异常和F2变量中的5、6号异常空间位置大致相同,规模相当。前者浓集中心产在早白垩世二长花岗岩和早白垩世甘河组火山岩地层的接触带上。后者浓集中心明显,产在断裂交汇部位,异常值较高。区内有NW向大断裂构造,另有NW-NNW向和近SN向构造裂隙。二长花岗岩中发育大量的硅化、绢云母化蚀变,可见黄铁矿化。探槽化学样品分析结果显示有两个样品大于钼边界品位,可以圈出宽2m的矿化体,推测其延长大于200m。

预测具备形成高中温钼铅锌矿化的潜力,定为Ⅰ级异常区。

F1变量中的7、8号异常和F2变量中的7号异常空间位置大致相同,只是规模都较小,异常值不高。区内出露早白垩世光华组火山岩地层。有大量晚侏罗世花岗闪长岩、正长花岗岩、花岗斑岩产出。露头拣块发现浸染状黄铜矿化花岗斑岩样品。

预测为斑岩型铜钼矿化的潜在找矿区,定为Ⅱ级异常区。

F1变量中的9、10号异常和F2变量中的8号异常位置大致相同,浓集中心不重合,异常面积不大但异常强度较高,浓集中心明显。主要异常与相邻的弱小异常显示明显的NE向展布特征,空间上处于侏罗纪二长花岗岩和早白垩世光华组火山岩的接触带上,并且发育有NE、NW向断裂。异常区出现强烈的硅化、绢云母化、绿泥石化围岩蚀变现象,露头拣块发现镜铁矿化。

预测为热液型铅锌矿化的潜在找矿区,定为Ⅱ级异常区。

F1变量中的11号异常所处位置在F2综合异常图相应位置没有异常出现。但异常有一定规模,异常值较高,浓集中心明确。区内出露早白垩世光华组火山岩地层,有晚侏罗世花岗闪长岩体侵入。可见绢云母化蚀变现象。

预测为热液型铜铅锌矿化的潜在找矿区,定为Ⅲ级异常区。

F2变量中的9号异常区所处位置在F1综合异常图相应位置没有异常出现。异常有一定规模,异常值较高。区内出露有新元古界-早寒武世倭勒根岩群大网子组变质岩地层,有晚三叠世二长花岗岩和燕山晚期花岗斑岩体侵入。覆盖严重,不见露头。出现硅化、绢云母化、绿泥石化围岩蚀变,偶见黄铁矿化。

预测为热液型钼矿化的潜在远景区,定为Ⅲ级异常区。

5 结论

①趋势面分析方法确定背景与异常,可以有效凸显低缓异常,从而避免找矿信息的损失,扩大找矿工作范围。

②文中所构置的综合地质变量能较好地代表原始变量的综合信息,在尽量减少信息损失的前提下减少了变量,使得综合异常的圈定和评价更为简便。

③根据异常圈定的结果,本区除应尽快开展Ⅰ级异常区的找矿工作外,另外还应重视Ⅱ级异常区,Ⅲ级异常区的进一步评价工作。

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Geochem ical data(1/50000)Processing and Anomaly Evaluation for the Small PolM ounta in Region

WANG Xiao-min1.2, ZHANG Xiao-jun1, HUA Shan1, ZHANG Han-fu1, LUO Hua1
(1.Faculty of Earth Resources,China Univercity of Geosience,W uHan 430074;2.Keylab of Quantitative Assessm ent of M ineral Resources and Info rm ation Project of theM.L.R,W uHan 430074)

Taking the stream sediment data(scale 1∶50000)of the Small Polmountain region as the object,the ore-for ming elements portfolio of the study area are deter mined to be Pb-Ag-Zn-Cu-Bi(Pb-polymetallicmineralization portfolio)andMo-W-Sn(Mo-bearingpolymetallicmineralization portfolio)by correlation analysis and R-type cluster analysis.According to the above result,it is possible to make up two linear combind variables F1 (Pb-Ag-Zn-Cu-Bi)and F2(Mo-W-Sn).Moreover,the authority value of each element of these variables is determined by the relevant intensity of the main ore-forming elements.Two abnormal graphsof combined variables are drawnwith the approach of trend-surface analysis.The result shows that the anomalies deter mined by the combination of variables are well consistentwith the known mineralization areas and the alteration infor mation in the study region.In cunjunctionwith the conditionsof ore-for ming geology,thispaper evaluates the anomalies deter mined and suggests3 potentialmineral resources regions of level-I,and 2 regions of level-II and level-III,respectively.They provide scientific evidence for furthermineral search.

trend-surface,combination of variables,geochemical anomaly evaluation,Small Polmountain region

book=7,ebook=381

P632+.3

A

0495-5331(2010)04-0681-06

2009-11-10;

2010-06-25;[责任编辑]郑 杰。

黑龙江省呼中区松合义东山小波勒山幅1∶5万区域地质矿产调查项目(HLJKD2005)资助。

王小敏(1985年-),女,中国地质大学(武汉)资源学院,在读硕士,矿床学专业,主要从事矿床学及地球化学数据处理工作,E-mail:wangxiaomin55555@163.com。